2021 Create the Futureデザインコンテスト受賞：電子回路不要のソフト歩行ロボットが製造/ロボティクス/自動化部門で優勝

ディラン・ドロトマン　カリフォルニア大学サンディエゴ校

HPワークステーション受賞

この四足ソフトロボットは、制御系と歩行系を含む全機能に加圧空気のみを必要とし、電子回路を一切使用しません。MRI装置内や坑道など、電子機器が機能しない環境で動作するロボットへの応用が期待されます。ソフトロボットは環境に容易に適応し、人間の近くで安全に動作できるため特に注目されています。

空気圧回路による自律制御

ほとんどのソフトロボットは加圧空気で駆動されますが、電子回路で制御されます。しかしこのアプローチでは、回路基板、バルブ、ポンプなど複雑なコンポーネントが必要で、しばしばロボット本体外部に配置されます。対照的に、新ロボットはロボット本体搭載のチューブとソフトバルブで構成される軽量・低コストな空気圧回路システムで制御されます。ロボットは命令で歩行するか、環境から感知した信号に応じて歩行します。

ロボットの計算能力は、脳ではなく脊髄からの神経反応によって駆動される哺乳類の反射を大まかに模倣。これらの反射を模倣するため、バルブシステムを作成し、オシレーターグループとして機能させ、ロボットの四肢にある空気駆動筋肉への加圧空気注入順序を制御。あるコンポーネントが、ロボットの脚への空気注入を遅延させることで歩容を調整。

ロボットにはシンプルな機械式センサーも装備。ロボット本体から突き出したブームの先端に配置された、流体で満たされた小さなソフトバブル。バブルが押し込まれると、流体がロボット内のバルブを反転させ、方向転換を引き起こします。ロボットには3つのインバーターとして機能するバルブが装備され、高圧状態が空気駆動回路を遅延を伴って巡回します。

ロボットの4脚それぞれに3自由度があり、3筋肉で駆動。脚は45度下向きに角度付けられ、ベローズ付きの3つの平行連結空気圧シリンダーチェンバーで構成。チェンバーが加圧されると、肢は反対方向に曲がります。結果として、各肢の3チェンバーが歩行に必要な多軸曲げを提供。

将来的には、自然地形と不整地での歩行改良を予定。多様な障害物をナビゲート可能にするため、より洗練されたセンサーネットワークと、それに伴うより複雑な空気圧システムが必要になります。

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